★北京康吉森自動化技術股份有限公司

在石化、化工等流程工業領域，生產安全始終是企業運營的核心生命線。安全儀表系統（SIS）作為應對潛在危險、遏制事故擴散的關鍵保障，其穩定運行直接關系到設備完好、環境安全與人員健康。從緊急停車到壓力保護，從聯鎖控制到風險預警，SIS通過實時監測與邏輯響應，構筑起工業生產的最后一道安全防線。隨著國產化進程的加速，SIS的自主可控已成為保障產業鏈安全的重要環節——相較于DCS，SIS在極端工況下的“最后屏障”作用，使其國產化改造的優先級更為突出，亟需探索高效、安全的升級路徑。

1　SIS國產化改造中的核心難題

企業在推進SIS國產化替換時，往往面臨多重挑戰：機柜內線纜混亂導致的集成障礙、復雜控制程序重構的技術門檻、歷史文檔缺失帶來的隱患風險，以及項目周期緊張與人力不足的現實壓力。這些問題若處理不當，不僅可能延誤裝置開工，更可能埋下安全隱患，凸顯了SIS改造并非簡單設備更替，而是涉及系統重構、邏輯延續與風險管控的系統工程。

2　SIS國產化改造的核心目標

SIS的國產化升級需以“安全筑基、效能提升”為導向，實現四大核心目標：其一，新系統需具備更高的安全性與可靠性，筑牢生產安全防線；其二，全面達成自主可控，從硬件到程序實現用戶自主管理；其三，確保遷移過程平穩過渡，最小化對生產的干擾；其四，通過科學規劃實現全生命周期成本可控，平衡短期投入與長期運維效益。

企業推進國產化改造時，對安全及關鍵控制系統的更新絕非僅是舊設備的拆除與新設備的替換，而是一項涉及多環節協同的嚴謹專業工程。這一過程必須保障系統功能的連貫與升級，確保實施環節安全高效，在推進中降低風險、清除隱患，同時充分考量系統更新后的最優運維策略。具體而言，應達成以下目標：

（1）安全穩定：新控制系統需具備高安全性、高可靠性、高可用性，以及更強的信息安全防護能力。

（2）自主可控：新控制系統實現國產化與自主可控，系統的備品備件、控制程序由用戶自主掌控。

（3）更新平穩高效：系統更新過程平穩過渡，實現無縫銜接，避免實施中產生隱患；同時確保更新過程高效、快速。

（4）成本可控：合理規劃系統采購成本與后期運維成本，保證系統更新替換工作的成本處于可控范圍。

3　SIS組態的智能化遷移

當前主流SIS系統雖均遵循IEC61131-3標準，但進口系統因廠商技術壁壘，在組態文件格式、功能塊布局等細節上存在差異，直接遷移難以實現。基于智能識別的遷移技術為此提供了突破路徑：通過圖像解析識別其中的文字、輸入輸出信號、功能模塊及連接關系，將組態文件轉化為通用的XML標記語言，再將該語言轉換為目標系統的組態文件，適配目標系統，實現邏輯自動轉換。

部分復雜化工過程的SIS邏輯十分復雜，其組態邏輯具有以下特點：

（1）輸入輸出（I/O）排列密集，呈現表格形式；功能塊差異明顯，格式多種多樣。

（2）存在較多非邏輯頁，需要判斷頁面內容是否屬于程序邏輯。

（3）注釋框與I/O難以區分。

基于此，康吉森研發的智能化SIS組態遷移系統在設計中采用了基于規則和人工智能（AI）的雙重解析流程。基于規則的方案效率高、問題排查便捷，但在新場景的泛化能力上尚有欠缺。基于AI的方案則具有新場景適應性強、系統簡潔、推理能力突出的優勢，不過存在標注成本和訓練成本高、對機器性能要求高、可解析性不強的欠缺。兩者協同提升遷移準確性與適應性。

3.1　基于規則的解析模塊

基于規則的解析模塊可以實現如下功能：

（1）輸入文件預處理，實現數據標注預處理，如數據切分、數據分發、標注批次管理、標注質檢；模型訓練預處理，根據算法需要進行相應處理，包括分辨率調整、剪裁、旋轉、灰度調整等數據增廣處理。

（2）組態文件解析。通過連通域判別連接關系，實現組態文件提取有效信息。

（3）規則要素提取。對PDF進行分頁、提取文字、提取矩形坐標、提取線段坐標。

（4）基于連通線的連線關系提取，若線和I/O點功能塊相連，則說明存在連接關系。

（5）非邏輯頁區分。通過提取的矩形、線段和文字信息，判定頁面是否為非邏輯頁。

3.2　基于AI的解析模塊

基于AI的解析模塊實現功能包括：

（1）基于深度學習的區域分割。使用文檔類型的版面解析技術，訓練深度學習模型，進行端到端的分割，同時還可以根據需求過濾無效部分。

（2）I/O變量提取。采用Transformer模型進行針對性設計，基于表格解析的思路進行檢測，綜合利用文本的坐標信息和矩形的坐標信息進行I/O的檢測。

（3）功能塊提取。采用Transformer模型進行針對性設計，基于圖像特征檢測，綜合利用文本的坐標信息和矩形的坐標信息識別功能塊。

（4）文字提取。針對部分文字存在的文字遺漏、移位、覆蓋等問題，引入自然語言處理中的命名實體識別算法（NER），進行文本的拼接、提取，確保信息提取的準確性。

（5）關系判斷。針對邏輯圖中特有的超高分辨率、稠密目標、橫豎線不平衡、輔助線噪聲等問題，通過應用Walknet軟件，優化損失函數設計，實現原始圖像重構、解開橫豎線糾纏點、改造中心點特征圖，最終完成連接線的提取與連接關系的判斷。

SIS硬件系統遷移為進一步加快SIS遷移的速度、簡化遷移步驟、降低平臺遷移的成本，對于部分進口SIS，可采用快速硬件遷移工具，保留原系統的端子板，只是更換轉接電纜的方式，快速將原系統的I/O信號接入到新的過程化平臺中，避免重新連接現場儀表電纜導致的接線失誤、信號線損壞等問題。

4　智能化遷移的實踐價值

某大型烯烴廠的改造案例印證了該技術的優勢：10分鐘內完成聯鎖邏輯自動轉換，確保新舊系統邏輯一致性；無需改動現場接線與操作界面，實現無縫過渡；智能工具填補文檔缺失漏洞，大幅縮短調試周期。這種“安全、平滑、高效”的改造模式，為同類企業提供了可復制的國產化升級方案。

從技術突破到工程落地，康吉森的SIS智能遷移方案重新定義了國產化改造的標準：以智能識別破解程序遷移難題，以標準化流程保障實施安全，以自主技術打破國外壟斷。這不僅是一次技術創新，更標志著我國在關鍵安全控制系統領域邁出了“安全可控、效能躍升”的重要一步，為流程工業的安全升級與國產化進程注入了強勁動力。

摘自《自動化博覽》2025年7月刊